ЛЕКЦИЯ 2
advertisement
ЛЕКЦИЯ 2 СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЭС, ИХ КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ 2.1. Центр электрического питания 2.2. Высоковольтная распределительная сеть 2.3. Трансформаторные подстанции 10/04 кВ 2.4. Низковольтные распределительные сети 2.1. Центр электрического питания Структура центра электрического питания системы электроснабжения (пункта приема электроэнергии) и его схема зависят от большого числа факторов, главными из которых являются: величина электрической нагрузки потребителя, особенности его работы и работы отдельных электроприемников, принятые решения относительно принципов построения и схемы высоковольтной распределительной сети. В зависимости от величины питающего напряжения существует два вида центров электрического питания: главная понизительная подстанция и центральный распределительный пункт. 2.1.1. Главная понизительная подстанция В основу выбора схемных решений подстанции положены следующие принципы: – применение простейших схем с минимальным числом выключателей; – применение одной системы сборных шин с разделением на секции; – применение раздельной работы линий и трансформаторов; РУВН – применение блочных схем. Трансформаторы Структурно ГПП состоит из трех частей (рис. 2.1): распределительное устройство выс-шего напряжения (РУВН), трансформаторы, распределиРУНН тельное устройство низшего напряжения (РУНН). Если на ГПП есть распреРис. 2.1. Структура под- делительное устройство среднего напряжения, то она включает распределистанции с двумя напря- тельные устройства высшего, среднего и низшего напряжения и трансформаторы. жениями Основной принцип выполнения распределительного устройства высшего напряжения – упрощение схемы и конструкции с целью удешевления, поэтому оно выполняется без сборных шин по упрощенным схемам, среди которых можно выделить три основных вида: глухое подключение линии электропередачи к трансформатору, упрощенная схема на блоках отделитель– короткозамыкатель, схема с выключателями. Глухое подключение линии к трансформатору применяется при выполнении питающей сети 35...220 кВ кабельными линиями по радиальной схеме (рис. 2.2). Для обеспечения защиты трансформаторов используется передача отключающего импульса на подстанцию электроэнергетической системы, где линия электропередачи присоединяется к сборным шинам с помощью защитно-коммутационного аппарата. Эта схема отличается повышенной надежностью вследствие отсутствия дополнительных элементов в последовательной цепочке передачи электроэнергии (отсутствие электрических аппаратов в распределительном устройстве высшего напряжения). ВЛ 35...220 кВ КЛ 35...220 кВ QR QR QR QK QK ГПП ГПП Рис. 2.2. Глухое подключение линии к трансформатору Рис. 2.3. Схема главной понизительной подстанции с распределительным устройством высокого напряжения на бло- ках отделитель–короткозамыкатель Схема на блоках отделитель–короткозамыкатель является самой распространенной. Существует несколько разновидностей этих схем, одна из которых приведена на рис. 2.3. В ней при повреждении в одном из трансформаторов защита включает соответствующий короткозамыкатель (QK), который в сетях 35 кВ выполняется двухполюсным, так как эти сети работают с изолированной нейтралью, а в сетях 110 или 220 кВ – однополюсным, поскольку эти сети работают с глухозаземленной нейтралью. Включение короткозамыкателя вызывает искусственное короткое замыкание в питающей электрической сети, которое отключается защитой, установленной на головном участке линии. Головной выключатель линии обеспечивает, таким образом, отключение повреждений не только в линии, но и во всех присоединенных к ней по данной схеме трансформаторах. Во время бестоковой паузы в цикле автоматического повторного включения, которым оснащен головной выключатель, отключается отделитель (QR), отделяя поврежденный трансформатор от линии. По окончании бестоковой паузы в цикле автоматического повторного включения напряжение на линии восстанавливается, обеспечивая тем самым электроснабжение остальных потребителей, под-ключенных к данной линии. Перемычка между вводами РУВН, содержащая отделитель и разъединитель, служит для повышения надежности схемы. Так, при плановом или аварийном ремонте одной из питающих линий соответствующий трансформатор получает питание через перемычку. Отделитель в перемычке подключается к его защите, и работа схемы в этом случае аналогична рассмотренной выше. Недостатками данной схемы являются невысокая надежность срабатывания короткозамыкателей и отделителей в климатических зонах с интенсивным гололедообразованием и реализация искусственного короткого замыкания. ВЛ 35...220 кВ Схема с высоковольтными выключателями (рис. 2.4) имеет более высокую надежность, но и более высокую стоимость. Если перемычка в РУВН выполнена только на разъединителях, то она называется неавтоматической, а если в ее составе имеется аппарат, реализующий защитно-коммутационную функцию, то такая перемычка называется автоматической. Рассмотренные выше схемы распределительных устройств высокоГПП го напряжения подстанции – это схемы главных соединений, т.е. соединений таких электротехнических устройств, по которым реализуется поток электрической энергии в направлении от генераторов к электроРис. 2.4. Схема ГПП с рас- приемникам. Такими электротехническими устройствами являются: липределительным устройством нии электропередачи; трансформаторы; электрические аппараты; сборвысшего напряжения на выные шины. Кроме элементов схемы главных соединений распределиключателях тельного устройства в нем находятся и другие элементы, служащие для защиты от перенапряжений (разрядники), получения информации о параметрах режима работы (трансформаторы тока и напряжения), обеспечения безопасности при проведении работ в распределительных устройствах (заземляющие разъединители), реализации передачи информации и т.п. Вторая структурная часть ГПП – трансформаторы. Это масляные двух-, трехобмоточные или с расщепленной вторичной обмоткой трансформаторы, оснащенные устройством регулирования напряжения под нагрузкой. Трехобмоточные трансформаторы применяются при необходимости иметь в системе электроснабжения две высоковольтные распределительные сети, например 10 и 6 кВ или 35 и 10 кВ. Расщепление вторичной обмотки трансформаторов используется для уменьшения уровня токов коротких замыканий, т.е. для удешевления электрооборудования распределительных устройств низкого напряжения. Напряжение используемых трансформаторов ГПП 35...220/10(6) кВ, а ряд номинальных мощностей включает следующие значения: 4,0; 6,3; 10; 16; 25; 40; 63; 80 МВА. Обычно трансформаторы ГПП, как и электрооборудование распределительного устройства высокого напряжения, устанавливаются на открытом воздухе в открытом распределительном устройстве. Исключение составляют лишь такие ситуации, когда этого не позволяет среда (сильная запыленность, опасные по коррозии выбросы и др.), что значительно удорожает установку электрооборудования. При компоновке подстанции также необходимо учитывать направление подходящих линий электропередачи, расположение подъездных дорог, рельеф и геологию местности и т.д. Трансформаторы на территории открытого распределительного устройства, как правило, устанавливаются на специальных фундаментах на колесах и рельсах, что позволяет выкатывать их с места установки при проведении ремонтных работ. В конструкции фундамента имеется специальный приямок с пламегасительной решеткой на случай аварийного выброса горящего масла из трансформатора. Приямок соединяется трубой с маслосборным баком, расположенным на территории ГПП. Пример выполнения главной понизительной подстанции приведен на рис. 2.5. Третья структурная часть ГПП – распределительное устройство низкого напряжения, которое имеет большое количество возможных вариантов реализации. На территории городов и промышленных предприятий оно выполняется в виде закрытых распределительных устройств, размещаемых либо в специальном здании, либо в производственном помещении. В сельской местности возможно использование комплектных распределительных устройств наружной установки типа КРУН. Наиболее простым и самым массовым из возможных вариантов присоединения распределительных устройств низкого напряжения к трансформаторам является вариант с одной системой секционированных сборных шин, работающих в нормальном режиме раздельно с целью уменьшения уровня токов короткого замыкания (рис. 2.6). По своему месту положения в схеме распределительного устройства электрические аппараты имеют следующие типовые названия: QF1, QF2 – вводные аппараты; QF3 – секционный; QF4–QF7 – линейные аппараты. В здании закрытого распределительного устройства может размещаться и другое электрооборудование: конденсаторные батареи для компенсации реактивных нагрузок, технические средства автоматизации и диспетчеризации управления СЭС. Кроме указанных выше трех основных структурных частей на ГПП могут быть и другие элементы: – заземляющее устройство; – устройство молниезащиты; Рис. 2.5. Конструкция ГПП 220/10 кВ: 1 – трансформатор; 2 – разрядник; 3 – разъединитель; 4 – токопровод; 5 – маслосборник; 6 – маслопровод; 7 – кабельный канал; 8 – кабельная эстакада; 9 – молниеотвод; 10 – место для ремонта трансформаторов QF3 QF1 QF4 QF5 QF6 QF2 РУ 10 кВ QF7 Рис. 2.6. Схема распределительного устройства низкого напряжения с одной секционированной системой шин – устройства компенсации емкостных токов замыкания на землю; – устройства систем высокочастотной связи по проводам линий электропередачи; – вспомогательные механизмы и сооружения, необходимые для проведения ремонтных работ, и др. 2.1.2. Центральный распределительный пункт Второй вид центра электрического питания – центральный распределительный пункт. Он служит для распределения электроэнергии, поступающей потребителю на напряжении 10 кВ. Это возможно в двух типичных случаях. Первый – при поступлении электроэнергии на генераторном напряжении от близкорасположенной ТЭЦ, второй, самый массовый – получение электроэнергии небольшими потребителями от ГПП более крупных предприятий или от подстанций электроэнергетической системы, имеющих распределительное устройство 10 кВ. Основные принципы выполнения центральных распределительных устройств: закрытое исполнение (либо в отдельном здании, либо в производственном); использование простейших схем с одной системой секционированных сборных шин. Схема электрических соединений центрального распределительного устройства аналогична схеме распределительного устройства низкого напряжения ГПП (рис. 2.6). Компоновка распределительного устройства, как и распределительного устройства 10 кВ ГПП, осуществляется с помощью комплек-тных распределительных устройств напряжением выше 1 кВ. Конструктивно они представляют собой металлическую конструкцию, разделенную на отсеки, в которых располагаются сборные шины, электрические аппараты (выключатели, предохранители, разъединители), измерительные трансформаторы, а также приборы защиты и измерения. Применение таких устройств дает значительное упрощение строительной части. Кроме того, практика их эксплуатации показала более надежную их работу по сравнению с обычными сборными распределительными устройствами. Комплектные распределительные устройства имеют два принципиально различных конструктивных исполнения: – стационарные комплектные распределительные устройства одностороннего обслуживания (камеры типа КСО), в которых электрические аппараты, привод и все приборы устанавливаются стационарно (рис. 2.7); а б Рис. 2.7. Камера комплектного распределительного устройства одностороннего обслуживания: а – вид спереди и разрез; б – схема первичных соединений – выкатные комплектные распределительные устройства (ячейки типа КРУ), в которых выключатель с приводом располагается на специальной выкатной тележке, оснащенной втычными контактами (рис. 2.8). а б Рис. 2.8. Ячейка комплектного распределительного устройства: а – вид спереди и разрез; б – схема первичных соединений В качестве основных особенностей камер КСО следует отметить простоту и относительную дешевизну изготовления. Для ячеек КРУ характерно следующее: возможность быстрой замены аппаратов, компактность устройства, двухстороннее обслуживание. 2.2. Высоковольтная распределительная сеть Следующим структурным блоком системы электроснабжения является высоковольтная распределительная сеть, служащая для передачи и распределения электроэнергии от центра электрического питания между высоковольтными электроприемниками и подстанциями 10/0,4 кВ, хотя эта сеть может быть выполнена на напряжениях 6, 10, 20 кВ. Напряжение 6 кВ приводит к наибольшим затратам вследствие повышенных потерь электроэнергии в сети, и оно оправданно только в двух случаях: – при большом количестве у потребителя электроприемников мощностью 300...1000 кВт с номинальным напряжением 6 кВ; – при напряжении существующего источника питания 6 кВ. Это характерно для электроснабжения небольших потребителей как субабонентов от уже имеющейся близкорасположенной системы электроснабжения, высоковольтная электрическая сеть которой по определенным причинам реализована на напряжении 6 кВ, т.е. в тех случаях, когда нет других вариантов. Наиболее распространенным для высоковольтной распределитель-ной сети является напряжение 10 кВ как более экономичное, чем 6 кВ. При этом, если у потребителя имеется несколько электроприемников на напряжение 6 кВ, то их целесообразно запитать от ТП 10/6 кВ. На это напряжение в нашей стране производится наибольшее количество электротехнической продукции, и оно является основным для высоковольтных распределительных сетей СЭС. Напряжение 20 кВ самое экономичное, но пока в нашей стране не используется в высоковольтных распределительных сетях из-за отсутствия необходимого электрооборудования. Основными факторами, влияющими на выбор схемы ВВРС для конкретного потребителя, являются следующие: – принятый к исполнению конкретный вид структуры СЭС; – распределяемая сетью мощность; – требуемая степень надежности электроснабжения; – особенности расположения подстанций на генеральном плане объекта и их общее количество; – условия прокладки сетей и особенности среды. При проектировании СЭС прорабатываются и рассчитываются несколько возможных вариантов схемы ВВРС из числа удовлетворяющих заданным условиям. Затем из них выбирается тот, который имеет наименьшие расчетные затраты. На основании опыта проектирования и эксплуатации систем электроснабжения в настоящее время сформировались следующие типовые схемные решения электрических сетей: радиальная, магистральная, радиально-магистральная, кольцевая, с двухсторонним питанием. Радиальной называется такая схема, когда каждая отдельная подстанция питается от центра электрического питания по отдельной линии, подключенной к распределительному устройству через отдельную ячейку. Если подстанция двухтрансформаторная, то к ней в радиальной сети идет двухцепная линия электропередачи с разных секций ЦЭП. Пример такой схемы представлен на рис. 2.9, где подстанции пока представлены не принципиально, а структурно. ЦЭП РУ 10 кВ ТП1 ТПn Рис. 2.9. Радиальная схема высоковольтной распределительной сети Радиальные схемы имеют наибольшую надежность по сравнению с магистральными, так как при повреждении какой-либо линии отключается только один потребитель. Но они и самые дорогие, так как требуют прокладки большого количества кабелей и установки большого количества ячеек в распределительные устройства или в распределительных пунктах 10 кВ. Радиальные схемы целесообразны в тех случаях, когда существуют крупные сосредоточенные нагрузки, расположенные в различных направлениях от центра питания. Магистральной называется такая схема, когда каждая магистраль, отходящая от центра электрического питания, запитывает по цепочке несколько трансформаторных подстанций ТП 10/0,4 кВ (рис. 2.10). Различают следующие разновидности магистральных схем, используемых в ВВРС: – одиночная магистраль, когда к подстанциям идут одноцепные линии электропередачи (наиболее характерна при наличии в системе электроснабжения однотрансформаторных подстанций); – двойная магистраль, когда к подстанциям идут двухцепные линии электропередачи (рис. 2.10); ЦЭП ТП1 РУ 10 кВ ТП2 Рис. 2.10. Магистральная схема высоковольтной распределительной сети – встречные магистрали, когда цепочки линий электропередачи двух магистралей идут к двухтрансформаторным подстанциям от разных секций распределительного устройства встречно друг другу (рис. 2.11). ЦЭП РУ 10 кВ ТП1 ТП2 Рис. 2.11. Схема встречных магистралей Особенностями магистральных схем по сравнению с радиальными при прочих равных условиях являются их меньшая стоимость, определяемая меньшим количеством электрических аппаратов в распределительном устройстве центра электрического питания, и меньшая надежность. Например, выход из строя линии электропередачи головного участка магистрали приводит к прекращению электроснабжения всех потребителей, подключенных к ней. Радиально-магистральной (смешанной) является такая схема, когда в ней присутствуют фрагменты радиальных и магистральных схем (рис. 2.12). Смешанной схеме присущи особенности радиальных и магистральных схем в той степени, в которой она стремится к тому или иному крайнему решению, так как является промежуточным решением между ними. ЦЭП ТП1 РУ 10 кВ ТП2 ТП3 Рис. 2.12. Радиально-магистральная схема высоковольтной распределительной сети Кольцевая схема представляет собой развитие магистральной, заключающееся в том, что начинается она с одной секции распределительного устройства, а заканчивается на другой секции (рис. 2.13). ЦЭП ТП1 РУ 10 кВ ТП2 ТПn Рис. 2.13. Кольцевая схема высоковольтной распределительной сети Из вышеуказанного определения кольцевой схемы вытекает ее главная особенность – кольцо, состоящее из определенного количества линий электропередачи, соединяющих между собой подстанции и секции распределительного устройства источника питания, должно быть разомкнуто в какой-либо точке. В противном случае по кольцу будет протекать так называемый уравнительный ток, определяемый разностью потенциалов одноименных фаз секций распределительного устройства источника (так как секционный аппарат разомкнут) и суммарным сопротивлением линий кольца. Таким образом, нормальное оперативное состояние кольцевой схемы состоит в том, что одна из линий находится в разомкнутом состоянии, но только с одной стороны, т.е. она находится под напряжением. Достоинством кольцевых схем является их высокая надежность по сравнению с вышерассмотренными, обусловленная тем, что выход из строя любой из линий не приводит к ограничению электроснабжения потребителей, подключенных к трансформаторной подстанции, так как всегда находится оперативное состояние схемы, позволяющее передать электроэнергию. Недостаток кольцевых схем состоит в том, что при прочих равных условиях они дороже, что объясняется большей протяженностью линий электропередачи и большим их сечением. Схема с двухсторонним питанием принципиально отличается от кольцевой лишь тем, что она присоединена не к одному источнику (хотя и к разным секциям распределительного устройства), а к двум – независимым (рис. 2.14). ИП1 ТП1 ИП2 ТП2 ТПn Рис. 2.14. Схема ВВРС с двухсторонним питанием Иногда в высоковольтной распределительной сети может появиться необходимость в реализации распределительных пунктов. Как указывалось выше, это определяется либо большим количеством трансформаторных подстанций в СЭС, когда возникает необходимость в дополнительном уровне распределения электроэнергии, либо наличием у потребителя высоковольтных электроприемников, когда целесообразно приблизить узел распределения к их группе. В этом случае распространенное схемное решение заключается в применении одной системы секционированных сборных шин (рис. 2.15). QF1 QF3 QF2 РУ 10 кВ Рис. 2.15. Схема распределительного пункта высоковольтной распределительной сети Конструктивно распределительный пункт ВВРС выполняется зачастую в виде закрытого распределительного устройства с использованием комплектного оборудования серий КСО либо КРУ. Иногда на основании технико-экономических условий может быть принято открытое исполнение распределительного пункта с применением комплектного оборудования наружной установки. Высоковольтные электрические сети выполняются воздушными, кабельными линиями и токопроводами. Воздушные линии предназначены для передачи электроэнерРис. 2.16. Промежуточная метал- гии на расстояние по проводам. Основными конструктивными лическая опора одноцепной линии: элементами воздушных линий являются провода, тросы, опоры, 1 – провода; 2 – изоляторы; 3 – грозоза- изоляторы и линейная арматура. Провода служат для передачи щитный трос; 4 – тросостойка; 5 – траверсы опоры; 6 – стойка опоры; 7 – фун- электроэнергии. В верх-ней части опор над проводами для защиты воздушной линии от грозовых перенапряжений монтируют грозодамент опоры защитные тросы. Опоры поддерживают провода и тросы на определенной высоте над уровнем земли или воды. Изоляторы изолируют провода от опоры. С помощью линейной арматуры провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы – на опорах. На рис. 2.16 показана металлическая опора одноцепной линии. На воздушных линиях чаще всего применяются неизолированные провода. Материал проводов должен иметь высокую электрическую проводимость. Наибольшую проводимость имеет медь, затем алюминий; сталь имеет значительно более низкую проводимость. Провода и тросы должны быть выполнены из металла, обладающего достаточной прочностью. По механической прочности на первом месте стоит сталь. Материал проводов и тросов должен быть стойким по отношению к коррозии и химическим воздействиям. В настоящее время наибольшее распространение получили провода алюминиевые (А), сталеалюминевые (АС). Стальной сердечник увеличивает механическую прочность, алюминий является токопроводящей частью провода. По условию механической прочности на воздушных линиях выше 1000 В могут применяться алюминиевые провода сечением не менее 35 мм2, сталеалюминевые и стальные – не менее 25 мм2. По конструкции провода могут быть одно- и многопроволочными. Однопроволочный провод состоит из одной круглой проволоки. Такие провода дешевле многопроволочных, однако они менее гибки и имеют меньшую механическую прочность. Многопроволочные провода из одного металла состоят из нескольких свитых между собой проволок. При увеличении сечения увеличивается число проволок. В многопроволочных сталеалюминиевых проводах сердечник провода (внутренние проволоки) выполняется из стали, а верхние проволоки – из алюминия. Наиболее широко применяются сталеалюминиевые провода. Проводимость стального сердечника не учитывается, а за электрическое сопротивление принимается только сопротивление алюминиевой части. Выпускаются сталеалюминиевые провода марок АС, АСКС, АСКП, АСК. Коррозионностойкие провода АСКС, АСКП, АСК предназначены для воздушных линий, проходящих по побережьям морей, соленых озер и в промышленных районах с загрязненным воздухом; АСКС и АСКП – это провода марки АС, в которых межпроволочное пространство стального сердечника (С) или всего провода (П) заполнено нейтральной смазкой повышенной термостойкости; АСК – провод марки АСКС, где стальной сердечник изолирован двумя лентами полиэтиленовой пленки. В обозначение марки провода вводятся номинальное сечение алюминиевой части провода и сечение стального сердечника, например АС 120/19 или АСКС 150/34. Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях и в распределительных устройствах электрических станций и подстанций. Изготовляются они из фарфора, закаленного стекла или полимерных материалов. По конструкции изоляторы разделяют на штыревые и подвесные. Штыревые изоляторы применяются на воздушных линиях напряжением до 1 кВ и на ВЛ 6...35кВ. На номинальное напряжение 6...10 кВ и ниже изоляторы изготовляют одноэлементными (рис. 2.17, а), а на 20...35 кВ – двухэлементными (рис. 2.17, б). Штыревые изоляторы крепятся на опорах при помощи крюков. а б в Рис. 2.17. Штыревые и подвесные изоляторы: а – штыревой 6...10 кВ; б – штыревой 20...35 кВ; в – подвесной тарельчатого типа Подвесные изоляторы тарельчатого типа наиболее распространены на воздушных линиях напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части 1 и металлических деталей – шапки 2 и стержня 3, соединяемых с изолирующей частью посредством цементной связки 4. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими и натяжными. Первые монтируют на промежуточных опорах, вторые – на анкерных. Линейная арматура, применяемая для крепления проводов к изоляторам и изоляторов к опорам, делится на следующие основные виды: зажимы, применяемые для закрепления проводов в гирляндах подвесных изоляторов; сцепная арматура для подвески гирлянд на опорах и соединения многоцепных гирлянд друг с другом, а также соединители для соединения проводов и тросов в пролете. Основными типами опор воздушных линий являются анкерные и промежуточные. Опоры этих двух основных групп различаются способом подвески проводов. На промежуточных опорах провода подвешиваются с помощью поддерживающих гирлянд изоляторов. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках воздушных линий для поддержания провода в анкерном пролете. Промежуточная опора дешевле и проще в изготовлении, чем анкерная, так как благодаря одинаковому тяжению проводов по обеим сторонам она при необорванных проводах, т.е. в нормальном режиме, не испытывает усилий вдоль линии. Промежуточные опоры составляют 80...90 % общего числа опор воздушных линий. Анкерные опоры предназначены для жесткого закрепления проводов в особо ответственных точках воздушной линии: на пересечениях инженерных сооружений и на концах линии. Но анкерные опоры рассчитываются на восприятие односторонних тяжений по проводам и тросам при обрыве проводов или тросов в примыкающем пролете. Анкерные опоры значительно сложнее и дороже промежуточных, и поэтому число их на каждой линии должно быть минимальным. Для воздушных линий высоковольтных распределительных систем применяют деревянные, железобетонные и металлические опоры. Деревянные опоры применяют на воздушных линиях напряжением до 35 кВ включительно. Достоинства этих опор – малая стоимость (в районах, располагающих лесными ресурсами) и простота изготовления. Недостаток – подверженность древесины гниению, особенно в месте соприкосновения с почвой. Эффективное средство против гниения – пропитка специальными антисептиками. Металлические (стальные) опоры, применяемые на линиях электропередачи напряжением 35 кВ и выше, для защиты от коррозии в процессе эксплуатации требуют окраски. Устанавливают металлические опоры на железобетонных фунда-ментах. Железобетонные опоры долговечнее деревянных, требуют меньше металла, чем металлические, просты в обслуживании и поэтому широко применяются на воздушных линиях. Для линий 35...500 кВ применяются преимущественно унифицированные конструкции металлических и железобетонных опор. В результате этого сокращено число типов и конструкций опор и их деталей, опоры стали серийно производить на заводах, что позволяет ускорить и удешевить сооружение линий. Кабельные линии, как правило, прокладывают в местах, где затруднено строительство воздушных линий (городах, населенных пунктах, на территории промышленных предприятий). Они имеют 840 700 ряд преимуществ перед воздушными линиями: защита от атмосферных воздействий, большая надежность и безопасность эксплуатации. Поэтому, несмотря на большую стоимость, кабельные линии получили широкое распространение в электрических сетях. Кабель 6...35 кВ состоит из токоведущих жил, изоляции и защитных оболочек. Жилы выполняют из медной или алюминиевой проволоки, они могут быть одно- и многопроволочными. Изоляция кабелей выше 1 кВ выполняется из пропитанной бумаги и различных пластикатов. Защитные оболочки, препятствующие проникновению влаги, газов и кислот, выполняются свинцовыми, алюминиевыми или полихлорвиниловыми. Для механической защиты оболочек на них накладывается стальная броня, поверх которой, кроме того, наносится защитный покров из пропитанной кабельной пряжи. На напряжения 110 кВ и выше кабели выполняются маслонаполненными и представляют собой достаточно сложное техническое сооружение. Различают маслонаполненные кабели низкого (до 0,5 MПa) и высокого (1...1,5 MПa) давления. Маслонаполненный кабель низкого давления имеет полную токопроводящую жилу, скрученную из отдельных медных проволок. Внутри жилы имеется канал, заполненный маслом под давлением, что исключает возможность образования пустот в бумажной изоляции и значительно повышает ее электрическую прочность. Маслопроводящий канал через специальные муфты соединен с расположенными вдоль трассы баками давления. Фазы маслонаполненного кабеля высокого давления помещаются в стальной трубопровод, поверх которого имеется антикоррозийное покрытие. Сталь-ной трубопровод, являющийся защитой от механических повреждений, заполнен маслом под избыточным давлением. В настоящее время освоен выпуск кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Благодаря высоким термомеханическим свойствам такие кабели допускают бóльшие токовые нагрузки, чем кабели с бумажной пропитанной, обычной пластмассовой и резиновой изоляцией. Способ прокладки кабельных линий выбирают в зависимости от числа кабелей, условий трассы, степени загрязненности и агрессивности окружающей среды, требований эксплуатации, экономичности и других факторов. 400 Прокладка кабельной линии в земляной траншее является одним из наиболее простых и эконо-мичных способов (рис. 2.18). Глубина траншеи за-висит от напряжения линии. Для кабельных линий напряжением до 10 кB траншея имеет глубину 0,8 м, для линий напряжением 110 кВ – 1,5 м. Дно траншеи покрывают слоем песка или про-сеянного грунта, на который укладывают в один ряд кабели. Расстояние между соседними кабелями должно быть не менее 0,1 м. Сверху кабели накрывают слоем песка или просеянного Рис. 2.18. Прокладка грунта. Выше укладывают железобетонные плиты или слой красного кирпича, кабелей в земляной служащие для защиты кабелей от механических повреждений при проведении траншее землеройных работ. В одной земляной траншее прокладывают не более шести кабелей. Это обусловлено тем, что с увеличением числа кабелей условия их охлаждения ухудшаются, допустимая токовая нагрузка кабелей уменьшается, эффективность использования кабелей снижается. Прокладка кабельной линии в блоках используется при большой стесненности кабельной трассы и пересечениях с инженерными сооружениями, например с железными дорогами (рис. 2.19). Через определенные расстояния сооружаются кабельные колодцы, в которых осу750 ществляется соединение кабелей и через которые выполняются монтаж кабелей и замена поврежденного кабеля. Это более дорогой способ Рис. 2.19. Прокладка прокладки, с худшими условиями охлаждения по сравнению с прокладкой кабелей в блоке кабелей в земляной траншее. При прокладке в одном направлении большого количества кабелей (более 20) используются кабельные каналы и туннели. Железобетонные каналы могут быть подземными или полуподземными. Такой способ прокладки используется в основном на территориях подстанций и цехов промышленных предприятий (рис. 2.20). Рис. 2.20. Прокладка кабелей в кабельных каналах: 1 – кронштейн; 2 – кабели; 3 – съемная панель 1900 2000 Прокладка кабелей в тоннелях является наиболее дорогим способом, поэтому применяется только при большом количестве кабелей (не менее 30). Тоннель представляет собой сборную железобетонную конструкцию, в которой по кронштейнам прокладываются кабели разного напряжения и разного назначения (силовые и контрольные). Кроме кабелей в тоннелях могут прокладываться и другие инженерные сети (рис. 2.21). Галереи и эстакады отличаются от тоннелей тем, что располагаются над поверхностью земли на специальных стойках (рис. 2.22). В этом случае для кабельной трассы отчуждается меньшая площадь. Галереи и эстакады в отличие от тоннелей используются на производствах, где возможны скопления горючих и взрывоопасных газов, которые тяжелее воздуха, и на предприятиях с большой агрессивностью почвы. 1000 1680 Рис. 2.21. Прокладка кабелей в кабельном тоннеле 1800 Рис. 2.22. Прокладка кабелей в кабельной галерее Токопроводы напряжением 6...35 кВ применяются для внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий с мощными концентрированными нагрузками, например предприятий черной и цветной металлургии и химической промышленности. Основным элементом токопровода является жесткая или гибкая шина из алюминия или его сплава. Конструктивно выделяют: – гибкий токопровод (рис. 2.23, а); – жесткий симметричный токопровод (рис. 2.23, б); – жесткий несимметричный токопровод (рис. 2.23, в). В токопроводax с жесткой ошиновкой при токах до 2 кА используются плоские шины, при больших токах – шины швеллерного или другого профиля. В симметричных токопроводах шины располагают по вершинам равностороннего треугольника, в несимметричных – вертикально. Жесткие токопроводы имеют небольшие пролеты между точками крепления шин и, следовательно, требуют большого количества изоляторов и контактных соединений. Токопровод с гибкими шинами практически представляет собой воздушную линию с проводами большого сечения. Длина пролета здесь значительно больше, чем у токопроводов с жесткими шинами. Однако токопроводы с гибкими шинами требуют более широкой территории, чем токопроводы с жесткой ошиновкой. а б в Рис. 2.23. Токопроводы 6...35 кВ По сравнению с кабелями, прокладываемыми в тоннелях или по эстакадам и галереям, токопроводы имеют ряд преимуществ: – меньший расход цветного металла; – изоляцией токопроводов является воздух; – перегрузочная способность токопроводов значительно выше, чем кабелей; – надежность токопроводов выше, чем кабелей. 2.3. Трансформаторные подстанции 10/0,4 кВ Трансформаторные подстанции ТП 10/0,4 кВ предназначены для преобразования электроэнергии на напряжение 0,4 кВ, на котором у потребителя наибольшее количество электроприемников, и распределения ее в низковольтную распределительную сеть. Структурно, как указывалось выше, подстанция состоит из распределительного устройства высокого напряжения, трансформаторов, распределительного устройства низкого напряжения. Количество трансформаторов на подстанции определяется категорией потребителя по надежности электроснабжения (один или два). Принципиально схемы этих трансформаторных подстанций отличаются друг от друга схемами распределительных устройств высокого напряжения. Существует три вида схем РУВН подстанции: при подключении ее к радиальной сети; при подключении к магистрали; при подключении к кольцевой сети. Схема трансформаторной подстанции при подключении ее к радиальной сети представлена на рис. 2.24. Особенностью этой схемы является то, что в ней отсутствует распределительное устройство высокого напряжения. Это возможно выполнить тогда, когда приходящая линия электропередачи небольшой длины и выполнена кабелем, а также когда вышенаходящиеся элементы системы электроснабжения (ЦЭП, ВВРС, ТП) находятся в одной собственности. QF1 QF4 QF3 QF6 QF2 QF5 QFn Рис. 2.24. Схема трансформаторной подстанции без распределительного устройства высокого напряжения Отсутствие электрических аппаратов в РУВН повышает надежность электроснабжения при прочих равных условиях, так как уменьшено количество элементов в последовательной цепочке передачи электроэнергии. Защита и коммутация в данном случае осуществля-ются высоковольтными выключателями QF1, QF2, расположенными в центре питания. Аппараты распределительного устройства низкого напряжения имеют следующие типовые названия: QF3, QF5 – вводные аппараты; QF4 – секционный; QF4–QFn – линейные аппараты. В распределительных устройствах низкого напряжения могут применяться: рубильники – как коммутационные аппараты; предохранители – как защитные аппараты; автоматы – как защитнокоммута-ционные аппараты. В системах электроснабжения промышленных потребителей для реализации РУНН применяются автоматы, исключающие возможность неполнофазных режимов по сравнению с использованием предохранителей. Схема трансформаторной подстанции при подключении ее к магистральной сети. Распределительное устройство высокого напряжения этой подстанции должно позволять выполнять следующие функции: отключать подстанцию от магистрали – это реализуется разъединителем (QS) или выключателем нагрузки (QW); защищать подстанцию при перегрузках и коротких замыканиях – это выполняют предохранители (FU). Фрагменты указанных вариантов распределительных устройств представлены на рис. 2.25. QS QW FU FU Рис. 2.25. Схемы распределительных устройств высокого напряжения ТП 10/0,4 кВ при подключении их к магистральной сети Разъединители устанавливаются на подстанциях с трансформаторами небольшой мощности (до 250 кВА), и ими можно коммутировать только ток холостого хода этих трансформаторов. При трансформаторах большей мощности устанавливаются выключатели нагрузки, позволяющие коммутировать токи нагрузки. Управление выключателем нагрузки осуществляется ручным рычажным приводом со встроенным электромагнитом для дистанционного отключения. Включение производится только вручную рукояткой, при этом растягивается пружина отключения. Выключатели нагрузки в блоке с предохранителями имеют устройство для подачи команды на отключение при перегорании предохранителя, состоящее из рычажной системы, на кото- рую воздействует указатель срабатывания предохранителя, и контактной группы, дающей сигнал на отключение. Сказанное позволяет исключить неполнофазные режимы работы подстанций. Предохранители могут устанавливаться или с верхней, или с нижней стороны вы-ключателя нагрузки. Схема ТП при подключении ее к коль-цевой сети. Распределительное QW1 QW2 устройство высокого напряжения этой подстанции должно позволять выполнять следующие функции: отключать подстанцию от сети – это осуществляется разъединителем или выключателем нагрузки; защищать подстанцию при перегрузках и коротких замыканиях – это выполняют QW3 предохранители; осуществлять включение или отключение приходящих линий электропередачи – это выполняют выключатели нагрузки. Схема FU двухтрансформаторной подстанции, подключенной к кольцевой сети (или сети с двухсторонним питанием), приведена на рис. 2.26. Типы силовых трансформаторов для ТП 10/0,4 кВ: – масляные трансформаторы (закрытого типа); – сухие трансформаторы (закрытого типа); – трансформаторы с негорючим заполнителем. Рис. 2.26. Схема ТП 10/0,4 кВ Наиболее массовые трансформаторы – масляные. Для наружной при подключении ее к кольустановки всегда применяются масляные трансформаторы, для внутцевой сети ренней – сухие или масляные, если установка последних не противоречит требованиям ПУЭ. Основная особенность, ограничивающая применение трансформаторов в производственных зданиях, – наличие масла, что обусловливает пожароопасность. Имеются многочисленные нормы и правила, регламентирующие с этой точки зрения применение указанных типов трансформаторов. Масляные трансформаторы обладают перегрузочной способностью, что и определяет наиболее широкое их использование. Цех Внутренняя ТП Встроенная ТП Отдельно стоящая ТП Пристроенная ТП Рис. 2.27. Способы размещения трансформаторных подстанций По своему месторасположению трансформаторные подстанции подразделяются на несколько видов (рис. 2.27). Внутренние, расположенные внутри производственных помещений среди технологического оборудования. Такое размещение ТП соответствует наименьшим затратам на построение систем электроснабжения больших производственных цехов. Внутренние цеховые подстанции особенно целесообразны в многопролетных цехах большой ширины, когда они не мешают расположению технологического оборудования. Допускается открытая установка в цехах комплектных трансформаторных подстанций, что облегчает размещение подстанций внутри цехов. При этом комплектную трансформаторную подстанцию изолируют стальным сетчатым ограждением, оборудованным запирающейся на замок дверью. Внутрицеховые подстанции, включая комплектную, могут использоваться только в тех производственных помещениях, где это не запрещается противопожарными нормами (только в зданиях со степенью огнестойкости I или II) и с производствами, отнесенными к категориям Г и Д, а также там, где это позволяет среда в цехе. При большой плотности нагрузок и невозможности по каким-либо причинам разместить трансформаторную подстанцию среди технологического оборудования устраивают специальные электротехнические пролеты, отделенные от производственных помещений. В этих пролетах устанавливаются не только комплектные трансформаторные подстанции, но и другое различное электрооборудование. Встроенные, располагаемые внутри производственных помещений, примыкающие непосредственно к наружной стене здания и, в отличие от внутренних, имеющие отдельный выход на улицу. Применение встроенных трансформаторных подстанций менее жестко ограничивается противопожарными нормами и условиями среды в цехе, так как они не имеют выхода в цех. Пристроенные, пристраиваемые снаружи к внешней стене здания и аналогичные по условиям применения встроенным. Главный недостаток этих подстанций, ограничивающий их применение, – ухудшение архитектурного облика производственных зданий и сужение проездов между ними. Отдельно стоящие, располагаемые либо закрыто в специальных отдельных зданиях, либо открыто в виде комплектной трансформаторной подстанции наружной установки. Отдельно стоящие закрытые трансформаторные подстанции требуют повышенных затрат на строительную часть, сооружение НВРС и применяются тогда, когда по каким-либо причинам нельзя или нецелесообразно использовать внутренние или встроенные подстанции. 2.4. Низковольтные распределительные сети 2.4.1. Силовые сети Силовые сети предназначены для распределения электроэнергии на низком напряжении (до 1 кВ) от трансформаторной подстанции ко всем силовым низковольтным электроприемникам. В общей структуре системы электроснабжения они являются самым нижним звеном, к ко-торому непосредственно присоединены самые массовые электроприемники – низковольтные. При этом расстояние, на которое целесообразно передавать электроэнергию на низком напряжении, не превышает сотен метров в СЭС промпредприятий и городов и примерно 1 км в сельскохозяйственных районах. Существует много разновидностей схемного и конструктивного исполнения НВРС. Самые простые сети – сельские, выполняемые по простейшим магистральным схемам преимущественно воздушными линиями. При многоэтажной городской застройке низковольтные распределительные сети (внутриквартальные и домовые) значительно утяжеляются, усложняются и выполняются по радиальномагистральным схемам преимущественно кабелями или изолированными проводами, прокладываемыми скрыто. Но наибольшей сложностью и разнообразием конструктивного исполнения отличаются НВРС промпредприятий. Поэтому в настоящей работе изложение материала ориентировано на НВРС систем электроснабжения промышленных предприятий. А так как эти сети выполняются внутри производственных помещений (их часто называют цеховыми сетями), многие требования к ним диктуются условиями среды в этих помещениях. Низковольтные распределительные сети имеют ряд специфических особенностей, которые следует учитывать при их проектировании. Значительная разветвленность сетей, так как от центра питания (РУ 0,4 кВ ТП) получают питание подчас сотни различных электроприемников, находящихся либо в цехе промышленного предприятия, либо в многоэтажных домах, расположенных поблизости от трансформаторной подстанции. На промышленных предприятиях, а также на предприятиях сельскохозяйственных районов многие элементы НВРС располагаются в непосредственной близости от электроприемников, т.е. от технологических агрегатов, поэтому необходимо учитывать их влияние на работу электротехнического оборудования. В непосредственной близости от электроприемников и, естест-венно, от многих элементов НВРС находится большое количество людей, не имеющих специальной подготовки, для которых нужно обеспечить необходимую степень электробезопасности. Раздельное выполнение силовых и осветительных электрических сетей. Номинальное напряжение НВРС обусловливается номинальным напряжением электроприемников, которое нормируется ГОСТ 21128-83 «Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и при-емники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В». Устанавливается следующий ряд номинальных напряжений электроприемников: 220, 380, 660 В. Здесь под номинальным понимается та-кое напряжение, при котором при полной загрузке электроприемник имеет наилучшие технико-экономические показатели и его срок службы равен нормативному. Допустимыми считаются такие отклонения напряжения, когда технико-экономические показатели (при полной загрузке) изменяются незначительно, а срок службы остается не ниже нормативного. Наиболее массовыми являются электроприемники напряжением 220 В (однофазные) и 380 В (трехфазные). Напряжение 660 В применяется редко и только на промышленных предприятиях, где есть большое число электродвигателей напряжением 660 В. Качество напряжения нормируется ГОСТ 13109-97 «ЭлектриРУ 0,4 кВ ческая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». В нем установлены допустимые величины отклонений напряжения на выводах электроприемников от номинального, Силовая питающая равные ±5 – нормально допустимые и ±10 % – предельно допустимые сеть значения установившегося отклонения напряжения Uy... Структурно силовая сеть имеет две части (рис. 3.28): – силовую питающую сеть; Силовая – силовую распределительную сеть. распредеПервый (верхний) уровень – питающие лительная сети, обеспечивающие песеть редачу и распределение электроэнергии среди распределительных пунктов, от которых запитываются либо электроприемники, либо другие вторичного уровня распределительные пункты. Распределительные пункты в зависимости от конструк- Рис. 2.28. Структура сило- тивных особенностей и характера потребителя могут иметь различные вых электрических сетей названия: групповые или распределительные щиты, распределительные или силовые пункты, силовые или осветительные сборки, вводно-распределительные устройства (в многоэтажных домах), распределительные шинопроводы. Но в любом случае они содержат в определенном сочетании электрические аппараты (рубильники, предохранители, авто-маты). Второй (нижний) уровень – распределительные сети. Они обеспечивают передачу и распределение электроэнергии от распределительных пунктов до электроприемников. В низковольтных распределительных сетях сельскохозяйственных районов, отличающихся небольшими нагрузками и выполнением воздушными линиями, распределение электроэнергии осуществляется проще – отпайками от воздушных линий без реализации распределительных пунктов. Это, естественно, снижает надежность и удобство эксплуатации сетей, но зато значительно уменьшает затраты на реализацию низковольтных распределительных сетей. С точки зрения схемных решений силовые распределительные сети выполняются только по радиальным схемам, когда каждый электроприемник подключен к ближайшему распределительному пункту индивидуальной линией. При этом с целью снижения затрат распределительные пункты на силовой распределительной сети располагаются по возможности ближе к электроприемникам. Применение в силовой распределительной сети только радиальных схем обусловлено тем, что всегда должна быть обеспечена возможность снятия напряжения с линии, идущей к электроприемнику, в случае его вывода из работы. А это может быть достигнуто только при радиальной схеме. Силовые питающие сети могут иметь различные схемы: радиальные, магиРУ 0,4 кВ стральные, смешанные, кольцевые, с двухсторонним питанием. Радиальные схемы (рис. 2.29) – это когда к каждому распределительному пункту идет индивидуальная линия и в распределительном устройстве 0,4 кВ ТП эта линия подключена к сборным шинам через отдельный автомат. Эти схемы отличаются наибольшей надежностью и, естественно, требуют наибольших затрат. Повреждение в какой-либо линии или в каком-либо распределительном пункте вызывает отключение только этой линии и не отражается на работе других линий и распределительных пунктов. К достоинству радиальных схем относится также и то, что сосредоточение Питающая защитно-ком-мутационных аппаратов в одном месте на транс-форматорной сеть подстанции позволяет легче решать задачи автоматизации управления НВРС, а также упрощает задачи учета и нормирования электропотребления в цехе. Единственным недостатком, сильно ограничивающим применение радиРис. 2.29. Радиальная схема низковольтной альных схем, являются высокие капитальные затраты, обусловленные необхораспределительной димостью сооружения развитого распределительного устройства 0,4 кВ и просети кладки большого числа радиальных линий силовой питающей сети. Магистральные схемы позволяют отказаться от применения громоздкого и дорогостоящего распределительного устройства 0,4 кВ ТП и дешевле выполнить силовую питающую сеть. Существует три характерных вида магистралей: – магистраль, выполненная кабелями или проводами; – магистраль, выполненная магистральным шинопроводом; – магистраль, выполненная магистральным и распределительными шинопроводами. В первом случае, наиболее массовом, магистраль питает несколько распределительных пунктов, расположенных в каком-либо одном направлении от трансформаторной подстанции, по цепочке (рис. 2.30). Здесь существенно уменьшаются число и суммарная протяженность ли-ний силовой питающей сети, отходящих от трансформаторной подстан-ции и прокладываемых по цеху, по сравнению с радиальной схемой. РУ 0,4 кВ РУ 0,4 кВ ШМА СП1 СП2 Рис. 2.30. Магистральная схема низковольтной распределительной сети, выполненная кабелями СП1 СП2 Рис. 2.31. Магистральная схема низковольтной распределительной цепи, выполненная магистральным шинопроводом Второй вид магистралей, применяемый в крупных цехах, – магистральные шинопроводы типа ШМА, выполняемые на большие токи (1250...3200 А). Они могут иметь различные конструкции и схемы подключения к распределительному устройству 0,4 кВ ТП (рис.2.31), но главная идея – передача электроэнергии по цеху с помощью шинной магистрали, к которой с помощью ответвлений, выполняемых либо кабелями, либо изолированными проводами, подключаются распределительные пункты, расположенные в цехе. Такие схемы получили название «блок трансформатор–магистраль». При этом значительно снижаются затраты на РУ 0,4 кВ ТП и на реализацию силовой питающей сети, а сама силовая питающая сеть становится универсальной и независимой от расположения технологического оборудования в цехе. Перестановка или полная замена технологического оборудования в цехе не требует видоизменений в силовой питающей сети. Третий вид магистралей – совместное применение магистральных и распределительных шинопроводов (рис. 2.32). Распределительные шинопроводы типа ШРА выполняются на небольшие токи (100...630 А). Они объединяют функции магистральной линии и распределительных пунктов одновременно, т.е. функции передачи и распределения электроэнергии. От ШРА к электроприемникам прокладывается силовая распределиРУ 0,4 кВ тельная сеть. Естественный недостаток всех магистральных схем по сравнеШМА нию с радиальными – более низкая надежность. При повреждении магистрали или на каком-либо ответвлении от нее потеряют питание все распределительные пункты, подключенные к данной магистрали. ШРА1 ШРА2 В чистом виде радиальные или магистральные схемы в силовой питающей сети применяются редко. Наибольшее распространение имеют смешанные схемы, сочетающие в себе элементы радиальных и магистральных схем одновременно. При этом все схемы индивидуальны и сильно зависят от конкретных условий. Всесторонний анализ этих схем, а также требований, предъявляРис. 2.32. Магистральная схема емых к ним, позволяет сформулировать некоторые общие принципы НВРС, выполненная магистраль- и рекомендации. ным и распределительным шино Во всех случаях, когда позволяют требования по надежности проводами электроснабжения, следует применять магистральные схемы с небольшими распределительными устройствами 0,4 кВ ТП или вовсе без них. Только при наличии веских оснований допускается отказ от магистральных схем силовой питающей сети и переход к радиальным. При наличии крупных единичных электроприемников или распределительных пунктов, для которых необходима индивидуальная линия и соответствующий автомат на 400 или 630 А, целесообразна радиальная схема, если не предусмотрен магистральный шинопровод. Если основная масса электроприемников в цехе по требуемой степени надежности электроснабжения является потребителями категории II и есть лишь несколько единичных электроприемников категории I, то при общей магистральной схеме силовой питающей сети в цехе электроприемники категории I должны непременно иметь радиальную схему с установкой автоматического ввода резерва в распределительном устройстве 0,4 кВ ТП или даже в распределительном пункте. Для потребителей категории I силовые питающие сети должны быть резервированными, т.е. выполненными по кольцевым схемам или схемам с двухсторонним питанием. Если сложный и многозвенный технологический агрегат имеет несколько электроприемников, осуществляющих единый технологический процесс, и прекращение питания любого из этих электроприемников вызывает остановку всего агрегата в целом, то в таких случаях может использоваться магистральная схема питания этих электроприемников независимо от требуемой степени надежности. Если в цехе расположено несколько трансформаторных подстанций и силовая питающая сеть выполнена магистральными шинопроводами, то широко используется их взаимное резервирование. Отдельные магистрали соединяются резервными перемычками, оборудованными рубильниками или автоматами. Это позволяет выводить в ремонт какие-либо трансформаторные подстанции в цехе без отключения соответствующих магистралей. При спаде нагрузок в ночное время или во время ремонтов технологического оборудования такая система обеспечивает возможность отключения малозагруженных трансформаторов с целью экономии электроэнергии. Большое влияние на принимаемые решения при выборе схемы, структуры и конструкции НВРС оказывают условия среды в цехе. При неблагоприятных средах (пожаро- и взрывоопасных, особо пыльных или агрессивных) имеется два способа выполнения НВРС. Первый заключается в размещении всего основного электрооборудования трансформаторных подстанций и НВРС вне помещений с неблагоприятной средой, т.е. в специальных помещениях, изолированных от неблагоприятных сред. При этом в производственных помещениях прокладываются с выполнением специальных требований только силовые распределительные сети, имеющие всегда только радиальную схему. Здесь каждый электроприемник, находящийся в цехе, запитывается индивидуальной линией от защитно-коммутационного аппарата, расположенного в специальном электротехническом помещении, изолированном от производственного с неблагоприятной средой. Второй способ применяется только в случаях, когда первый оказывается нерациональным или крайне сложным, состоит в использовании для НВРС специально сконструированного для конкретных неблагоприятных сред электрооборудования, например взрывозащищенного или взрывобезопасного. 2.4.2. Осветительные сети Сети электрического освещения предназначены для электроснабжения осветительных установок – светильников с лампами накаливания, ДРЛ, люминесцентными лампами. Для светильников разрешается применять напряжения не выше 380/220 В переменного тока при заземленной нейтрали и 220 В при изолированной нейтрали. Для ручных переносных светильников в помещениях с повышенной опасностью должно применяться напряжение не выше 50 В. В особо неблагоприятных условиях, когда опасность поражения током усугубляется теснотой, неудобным положением работающего, соприкосновением с заземленными металлическими поверхностями, должно применяться напряжение не выше 12 В. Напряжение большинства выпускаемых промышленностью источников света не превышает 220 В, что соответствует требованиям электробезопасности. Для газоразрядных ламп, рассчитанных на напряжение 380 В, допускается применять линейное напряжение 380 В системы 380/220 В и фазное напряжение системы 660/380 В. Причем это возможно только при соблюдении следующих условий: выполнение ввода в осветительный прибор проводниками с изоляцией на напряжение не менее 660 В; ввод в осветительный прибор двух и трех разных фаз системы 660/380 В запрещается. Осветительные сети обычно не совмещаются с силовыми сетями. Тем не менее питание осветительных установок обычно производится от общих для силовых и осветительных сетей трансформа- торов на напряжении 380/220 В при глухом заземлении нейтрали. Область применения самостоятельных осветительных трансформаторов ограничивается случаями, когда характер силовой нагрузки промышленных предприятий (мощные сварочные аппараты, частый пуск мощных электродвигателей) не позволяет при совместном питании обеспечить требуемое качество напряжения у ламп. Если силовые электроприемники питаются от сети напряжением 660/380 В с заземленной нейтралью, то к этой же сети могут быть присоединены светильники, рассчитанные на напряжение 380 В (газоразрядные лампы). Питание же остальных осветительных приборов производится от промежуточных трансформаторов напряжением 660/380 В или от отдельных трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ. При решении вопросов питания аварийного освещения (освещения, обеспечивающего минимальную освещенность при отключении рабочего освещения) необходимо учитывать требования СНиПов и ПУЭ. В них указывается, что светильники аварийного освещения безопасности (для продолжения работ), а также светильники эвакуационного освещения в помещениях без естественного света должны присоединяться к независимому источнику или переключаться на него автоматически при внезапном отключении рабочего освещения (рис. 3.33, а и б). Светильники эвакуационного освещения в помещениях с естественным светом присоединяются к сети, независимой от сети рабочего освещения, начиная от распределительного устройства подстанции или от ввода в здание (рис. 2.33, в). Электрическая осветительная сеть в общем случае может включать следующие звенья (рис. 3.34): распределительное устройство трансформаторной подстанции 1, питающая сеть 2, магистральный щиток 3, щитки аварийного 4 и групповые щитки рабочего 5 освещения, групповая сеть 6, а также источники света 7. При реализации конкретных схем питания осветительных установок те или иные звенья могут отсутствовать. а б в Рис. 2.33. Варианты питания рабочего и аварийного освещения Как показано, сети освещения разделяются на питающие и групповые. К питающей сети относятся линии от трансформаторных подстанций или других точек питания до групповых щитков, к групповой сети – линии от групповых щитков до осветительных приборов. В начале каждой питающей линии устанавливаются аппараты защиты и отключения. В начале групповой линии обязателен аппарат защиты, а отключающий аппарат может не устанавливаться при наличии таких аппаратов по длине линии или когда управление освещением осуществляется аппаратами, установленными в линиях питающей сети. 1 3 2 4 2 5 6 7 Рис. 2.34. Структура осветительной сети Магистральные осветительные щиты получают питание одной мощной линией от подстанции, а затем осуществляют распределение электроэнергии между присоединенными к ним групповыми щитками. Наличие в схеме магистральных щитов позволяет сделать сложную разветвленную сеть более гибкой и структурированной. Это также позволяет избежать чрезмерного усложнения распределительного устройства подстанции. Групповые щитки, в которых устанавливаются аппараты защиты и управления для групповых линий, предназначены для питания непосредственно осветительных приборов. Размещая в помещении групповые щитки, следует учитывать, что для уменьшения протяженности групповой сети и расхода проводникового материала групповые щитки располагают в центре нагрузки. Для удобства обслуживания щитки располагают в местах, легкодоступных для обслуживающего персонала. Схемы питающих сетей отличаются достаточным разнообразием. При этом могут быть использованы как радиальные, так и магистральные схемы питания. Различия между этими схемами с точки зрения области применения незначительны. В основном при решении вопроса питания осветительных установок руководствуются компоновкой помещений. Зачастую отдельными линиями следует питать производственные участки или цеха. При этом, с одной стороны, при использовании большого числа радиальных линий увеличивается общая протяженность сетей. С другой стороны, при использовании магистралей могут чрезмерно возрастать сечения проводников. Ниже приведены схемы, наиболее часто встречающиеся при питании освещения и силовых электроприемников от общих трансформаторов (рис. 2.35): 1 – групповые щитки рабочего освещения, 2 – отходящие линии силовых электроприемников, 3 – щитки аварийного освещения, 4 – магистральные осветительные щиты, 5 – главные магистрали. При распределении светильников между линиями групповой сети следует руководствоваться установленными ПУЭ предельными данными по максимальному току аппаратов и числу подключенных ламп. Например, в каждую фазу групповой линии включается не более 20 ламп накаливания, ДРЛ или не более 60...100 люминесцентных ламп в зависимости от максимальной единичной мощности источника света. Групповые линии выполняют одно-, двух- и трехфазными. Увеличение фазности позволяет уменьшить уровень пульсаций освещенности. При построении групповых сетей для трехфазных систем переменного тока применяются следующие схемы. Глухозаземленная нейтраль: – двухпроводная однофазная (рис. 2.36, а, б); – двухпроводная двухфазная (рис. 2.36, д); – трехпроводная двухфазная с нулевым проводом (рис. 2.36, в); – трехпроводная трехфазная (рис. 2.36, е); – четырехпроводная трехфазная с нулевым проводом (рис. 2.36, г). Изолированная нейтраль: – двухпроводная двухфазная (рис. 2.36, д); – трехпроводная трехфазная (рис. 2.36, е). РУ 0,4 кВ РУ 0,4 кВ 4 1 2 3 3 2 а б РУ 0,4 кВ 5 2 2 1 3 2 2 в Рис. 2.35. Схемы питания осветительных сетей: а – питание непосредственно от щита подстанции; б – питание через магистральный щиток; в – питание при системе блок «трансформатор–магистраль» а б в г д е Рис. 2.36. Схемы групповых сетей В качестве способа подключения осветительных приборов по фазам групповой линии наиболее предпочтителен A-B-C-A-B-C... Данный вариант оптимален с точки зрения как снижения пульсаций освещен-ности, так и равномерности распределения освещенности. 2.4.3. Конструктивное исполнение сетей Конструктивное исполнение низковольтных распределительных сетей для конкретных объектов отличается значительным многообразием. Устройство низковольтной распределительной сети определяется большим числом факторов, которые характеризуют ее особенности (схема, величина нагрузок, занимаемая объектом площадь, требуемая степень надежности, стремление к снижению затрат и др.), а также большим количеством норм и правил, отражающих условия среды и обеспечивающих электробезопасность. Ниже приведена классификация способов конструктивного исполнения НВРС: – неизолированные проводники (провода воздушных линий, открытые токопроводы); – кабельные линии; – электропроводка (изолированные провода, кабели малых сечений); – шинопроводы (жесткий токопровод до 1 кВ заводского изготовления). Самый простой и дешевый способ – исполнение НВРС неизолированными (голыми) проводами или шинами. Это воздушные линии электропередачи, широко применяемые в сельских сетях, в сетях поселков и небольших городов, а также для питания наружного освещения и небольших потребителей на площадках промышленных предприятий. Все потребители электроэнергии (жилые дома, постройки хозяйственного назначения и др.) в таких сетях подключаются к воздушным линиям отпайками, выполняемыми, как правило, изолированными проводами с целью обеспечения пожаро- и электробезопасности. В старых производственных цехах, построенных до 1970 года, встречаются магистральные открытые токопроводы, выполненные голыми алюминиевыми проводами большого сечения или шинами и размещенные в межферменном пространстве под потолком цеха на изоляторах. Силовые пункты и крупные электроприемники получают питание от таких токопроводов отпайками, глухо присоединенными к токопроводу в нужном месте и выполняемыми кабелями или изолированными проводами. Открытые токопроводы располагаются в производственных помещениях на большой высоте – выше зоны действия подъемных кранов, и считается, что они недоступны для случайного прикосновения или повреждения при падении каких-либо предметов. Самый массовый и распространенный способ – выполнение сетей с помощью кабелей. Кабель является наиболее совершенным с точки зрения защищенности от внешней среды и электробезопасности заводским изделием, позволяющим в максимальной степени обеспечить индустриализацию монтажа сетей. Помимо силовых кабелей в цехах промышленных предприятий широко используются контрольные, телефонные и другие специальные кабели. Кабели для низковольтных распределительных сетей (до 1000 В) имеют пластмассовую или резиновую изоляцию (типа АВВГ, АВРГ). Выделяют способы прокладки кабеля: – открытые (по конструкциям зданий, технологическим эстакадам); – скрытые (внутри конструкций, в траншеях); – в кабельных сооружениях (в каналах, тоннелях, блоках, на галереях и эстакадах). При необходимости передачи больших токов кабельная канализация уступает по техникоэкономическим соображениям шинопроводам, так как в этом случае кабельная сеть становится громоздкой и тяжелой. При малых токах (при питании мелких потребителей) во многих случаях эффективнее вместо кабелей использовать электропроводки. Они выполняются изолированными проводами или небронированными кабелями мелких сечений (до 16 мм2) с резиновой или пластмассовой изоляцией жил (АПР, АПВ, АПРВ, АПРТО, АРТ) и широко применяются внутри зданий и сооружений для выполнения как силовых и осветительных сетей, так и для цепей вторичной коммутации, защиты и управления. Электропроводки в соответствии с ПУЭ являются самостоятельным видом сетей до 1000 В с отдельными особенностями и требованиями к их выполнению. Способы прокладки электропроводки классифицируются следующим образом: – открытая (по конструкциям зданий, в лотках, коробах, трубах); – скрытая (в пустотах конструкций, в зазорах между плитами, в слое штукатурки); – наружная. На рис. 2.37 показаны варианты открытой электропроводки на лотках, на рис. 2.38 – в коробах. Электропроводки в коробах в отличие от электропроводок в лотках защищают провода и кабели от загрязнений. Короба изготовляют в виде П-образных профилей с перегородками секциями длиной 3 м. В коробах есть планки для крепления уложенных в них проводов и кабелей. Число проводов, про- кладываемых в одном коробе, не должно превышать 12. Реже в цехах промышленных предприятий используется прокладка на роликах и изоляторах. Скрытая электропроводка применяется в конструктивных элементах зданий, в стенах, полах и перекрытиях, в фундаментах оборудования и т.п. Она может быть выполнена в трубах, в каналах, образованных в толще бетона, и закладываться в строительные элементы зданий или трубы. Если предусмотрена электропроводка в трубах, то во всех случаях, где это допустимо, вместо металлических следует применять пластмассовые трубы. Металлические трубы используют во взрывоопасных помещениях и в помещениях с коррозионной – активной средой. 1 2 б 2 а 1 2 в Рис. 2.37. Выполнение открытой электропроводки на лотках: а – по колоннам, б – вдоль стен, в – подвеска на тросах; 1 – лоток, 2 – электропроводка 1 а 2 б Рис. 2.38. Выполнение открытой электропроводки в коробах: а – на тросах, б – на кронштейнах; 1 – короб, 2 – электропроводка Широкое применение в цехах промышленных предприятий с нормальной средой имеют закрытые комплектные шинопроводы, изготавливаемые на заводах в виде готовых секций, собираемых в линии на месте монтажа. Они предназначены для открытой прокладки в производственных и электротехнических помещениях по опорным конструкциям, колоннам и фермам зданий, могут прокладываться в тоннелях, по эстакадам, галереям и т.п. Комплектные шинопроводы имеют степень защиты, обеспечивающую возможность их прокладки в производственных помещениях на небольшой высоте (2,5 м) от уровня пола, что упрощает их обслуживание и сокращает длину сетей. Применение комплектных шинопроводов обеспечивает индустриализацию монтажа, ускоряет монтажные работы и повышает их качество, а также надежность НВРС и удобство их эксплуатации. Существует несколько видов закрытых комплектных шинопроводов переменного тока: – магистральные на 1600...4000 А; – распределительные на 100...630 А; – осветительные на 25...100 А; – троллейные на 100...450 А. Магистральные шинопроводы предназначены для выполнения мощных магистральных линий в НВРС. Они имеют изолированные алюминиевые шины, заключенные в металлический кожух, предохраняющий от случайных прикосновений к шинам и защищающий их от повреждений. Такие шинопроводы изготавливаются в виде отдельных типовых секций, соединяемых на месте монтажа при помощи сварки или болтового сжима. Для разветвления шинопроводов предусмотрены ответвительные секции, для присоединения кабельных ответвлений – присоединительные секции. Существуют также угловые, подгоночные и гибкие секции. Нулевыми и одновременно заземляющими проводниками являются детали кожуха шинопроводов, выполненные из алюминиевого сплава. Распределительные шинопроводы выполняют одновременно две функции: магистральной линии на относительно небольшой ток (до 630 А) и пунктов разветвления. Изготавливаются в виде короба из листовой стали, в котором на изоляторах закреплены четыре неизолированные алюминиевые шины. Электроприемники подключаются через ответвительные коробки, присоединяемые к шинопроводам через штеп-сельные разъемы, в которых устанавливается необходимая защитно-коммутационная аппаратура. При этом обеспечивается повышенная электробезопасность благодаря тому, что доступ к аппаратам, установленным в ответвительной коробке, возможен только после снятия ответвительной коробки с шинопровода, т.е. после размыкания штепсельного разъема. Имеются распределительные шинопроводы специальной конструкции, предназначенные, например, для вертикальной прокладки в зданиях повышенной этажности, пылезащищенные для прокладки в помещениях с пыльной средой. Осветительные шинопроводы предназначены для выполнения в производственных помещениях групповых осветительных сетей, а также для питания электрического ручного инструмента и других мелких электроприемников. Осветительный шинопровод представляет собой закрытый металлический короб, внутри которого расположены четыре изолированных медных проводника. Соединение секций между собой осуществляется штепсельным устройством. Ответвления присоединяются с помощью специального штепсельного разъема. Принципиальное отличие осветительных шинопроводов от распределительных состоит в отсутствии ответвительных коробок с защитнокоммутационными аппаратами. Троллейные шинопроводы предназначены для выполнения в производственных помещениях троллейных линий, которые используются для электропитания подвижных электроприемников, например мостовых кранов. Троллейная линия – это участок сети, предназначенный для передачи электроэнергии электроприемникам при помощи скользящих или катящихся токосъемников. Применение троллейных линий возможно в помещениях, не содержащих токопроводящую пыль. На рис. 2.39 приведены конструкции шинопроводов разных типов. Комплектные шинопроводы применяются только для внутренних сетей. При необходимости выхода шинопровода за пределы помещения, а также в условиях стесненности, сложных изгибов, в случаях пересечения трубопроводов, строительных конструкций и т.п. секции магистрального шинопровода удобнее заменять кабельными вставками на большие токи (более 1000 А). а в г д б Рис. 2.39. Конструкция шинопроводов различных серий и их элементы: а – магистральный; б – распределительный; в – осветительный; г – троллейный; д – выводная коробка; 1 – крышка; 2 – стяжные болты; 3 – уголки; 4 – изоляторы; 5 – шины; 6 – ярмо 2.4.4. Распределительные пункты в НВРС Распределительные пункты – распределительные устройства напряжением до 1 кВ – состоят из полностью или частично закрытых шкафов или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами. К таким распределительным устройствам относятся распределительные щиты, силовые пункты, посты управления и др. В силовых НВРС распределительные пункты с небольшим количеством присоединений часто называют силовыми пунктами (шкафами). Эти пункты являются границей между силовыми питающими и силовыми распределительными сетями и выполняют две функции: распределения электроэнергии и защиты линий силовых распределительных сетей. В зависимости от используемых защитных аппаратов различают два вида силовых пунктов. Силовые пункты с плавкими предохранителями, например типа ШР-11 (рис. 2.40). Шкафы представляют собой металлический корпус с дверью, внутри которого установлена съемная сборка, представляющая собой раму с вводным рубильником и предохранителями отходящих линий. Эти си-ловые пункты отличаются небольшой стоимостью и, естественно, некоторыми неудобствами в эксплуатации, возникающими при замене сгоревших предохранителей. Имеют 5–8 трехполюсных групп предохранителей серии ПН2 или НПН2 на номинальные токи 60, 100 и 250 А и вводной рубильник, с помощью которого отключается напряжение при замене предохранителей. При выводе из работы какоголибо электроприемника или замене предохранителей требуется отключение всего силового пункта вводным рубильником. Рис. 2.40. Общий вид шкафов пункты с автоматами, например серий ПР8500, Силовые типа ШР-11 ПР8700, ПР11 с автоматами типа ВА, АЕ и А3700. Эти силовые пункты, естественно, дороже, но они удобны в эксплуатации, имеют от четырех до двенадцати трехполюсных автоматов для отходящих линий и, если необходимо, вводной автомат. Для восстановления питания по какой-либо отходящей линии после устранения неисправности в ней достаточно включить соответствующий автомат. При этом не нужно, как в первом случае, отключать весь силовой пункт. Если требуются большее число присоединений и большая распределяемая мощность, то используются более громоздкие и более дорогие распределительные щиты, которые комплектуются из отдельных панелей (вводных, секционных, торцевых и др.). Устанавливают их на трансформаторных подстанциях, в машинных залах и на электростанциях. Щиты изготавливают в открытом и закрытом исполнении. Щиты открытого исполнения состоят из панелей, устанавливаемых в специальных электротехнических помещениях. Щиты закрытого исполнения устанавливают в цехах промышленных предприятий. Щиты серии ЩО-70 рассчитаны на одностороннее обслуживание, защитных ограждений сверху и сзади не имеют (рис. 2.41). Панели ПАР-11М заменяют основные типоисполнения щитов типа ЩО-70 и имеют уменьшенные габаритные размеры. Панели могут применяться в промышленности, сельском хозяйстве, для комплектации трансформаторных подстанций, электроснабжения жилых и общественных зданий. Рис. 2.41. Общий вид панелей ЩО-70 В жилых и общественных зданиях, запитываемых от отдельно стоящих трансформаторных подстанций, используют специальные вводно-распределительные устройства. Они предназначены для приема, распределения и учета электроэнергии и защиты отходящих линий. В серию вводнораспределительных устройств входят вводные и распределительные панели. Устройство шкафов ВРУ представляет собой сборку из панелей шкафного типа одностороннего обслуживания. На съемной раме внутри установлены защитнокоммутационные аппараты. Счетчики и трансформаторы тока устанавливаются в отдельном отсеке. В осветительных сетях производственных и административных зданий в качестве пунктов разветвления используются щитки осветительные, например, типа ОЩВ, ЩОА, оснащаемые трехполюсными и однополюсными автоматами (рис. 2.42). Они предназначены для распределения электрической энергии трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В, защиты от перегрузок и токов короткого замыкания в групповых сетях и для нечастых включений и отключений электрических цепей. Рис. 2.42. Общий вид щитков типа ОЩВ Силовые пункты, содержащие лишь один аппарат и служащие для коммутации и защиты одной трехфазной линии напряжением 380/220 В, называются силовыми ящиками, например ЯС, ШС, ЯУ. Они оснащаются либо блоком рубильник–предохранитель, либо автоматом. 1
